устойчивость ракеты в полете; Почему подъемная сила меняет направление при перемещении центра давления?

В настоящее время я изучаю плавники и их роль в устойчивости ракеты во время полета. Столкнулся с относительно небольшой проблемой.

Вот один из ресурсов, на который я смотрю: http://www.nakka-rocketry.net/fins.html

Мой вопрос: почему подъемная сила меняет направление, когда центр давления находится выше центра тяжести? Извините, если это плохой вопрос, но я очень давно не освещал ничего, связанного с подъемной силой или сопротивлением.

введите описание изображения здесь

На рис. 1А показана ракета во время полета с двигателем. Это идеальное состояние, когда все силы действуют через центр тяжести и отсутствуют внешние (возмущающие) силы. Ракета устойчива и разгоняется исключительно прямолинейно по линии тяги.

На рис. 1В введена возмущающая сила, в данном примере сила из-за порыва ветра. Результирующая этой силы давления действует через ЦТ, заставляя ракету вращаться вокруг своей ЦТ, немного изменяя угол атаки (альфа).

Это изменение угла атаки немедленно создает подъемную силу, действующую, как показано (по нормали к телу) через центральную точку. Эта сила уравновешивает силу ветра, и ракета остается стабильной, а ее траектория полета изменяется лишь незначительно.

введите описание изображения здесь

На рис. 2А показана ракета с обратным расположением ЦТ, ЦТ, т.е. ЦТ опережает ЦТ. Это нежелательный сценарий. На этом рисунке ракета изначально стабильна, находясь в той же идеальной ситуации, что и на рис. 1А, без возмущающих сил. Приходит возмущающая сила, снова порыв ветра, как показано на рис. 2В . Сила ветра действует с равнодействующей через CP, снова вызывая небольшое вращение и, как следствие, изменение угла атаки. Опять же, из-за изменения угла атаки создается подъемная сила, но на этот раз подъемная сила действует в том же направлении, что и сила ветра.Следствием этого является неконтролируемое вращение ракеты вокруг центра тяжести, как показано на рисунке. Ракета становится неустойчивой, то есть траектория ее полета представляет собой уже не прямолинейное движение, а вводится вращательное движение. Ракета пытается развернуться и лететь назад. Сила тяги от мотора этого, конечно, не позволяет, и поэтому ракета неуправляемо кувыркается.

Ответы (3)

Для примера, приведенного по этой ссылке, направление подъемной силы меняется, потому что угол атаки меняется на противоположный между двумя случаями. Источник

Отметим, что возмущающий ветер в обоих случаях дует справа. Устойчивая ракета стремится повернуться вправо (по ветру), неустойчивая ракета стремится повернуться влево (по ветру).

Спасибо! Любые рекомендуемые ресурсы для получения дополнительной информации о плавниках/носовых конусах?
Большая тема, но вы можете начать здесь: Rockets4schools.org/images/Forces.Model.Rocket.pdf

Обратите внимание, что в обоих случаях ракета движется не вдоль своей оси, а движется прямо вверх на диаграмме. Вот что означают расходящиеся линии, помеченные углом атаки.

Это, в свою очередь, вызывает аэродинамическую подъемную силу, аналогичную подъемной силе крыла или наклоненной руки в воздушном потоке.

Эта «подъемная сила» не то же самое, что тяга двигателя, которая является доминирующей силой, «поднимающей» ракету. Скорее это боковой толчок корпуса ракеты.

Думайте о центре тяжести (ЦТ) как о точке поворота или точке опоры на сбалансированном рычаге. Если сила приложена вдали от центра тяжести, это заставит ракету вращаться вокруг центра тяжести. В частности, подъемная сила и другие возмущающие силы (например, ветер) всегда будут действовать в центре давления (ЦД), который может быть и часто находится вдали от ЦТ.

Основной вопрос, рассматриваемый в ссылке: как естественно будет реагировать ракета на возмущающий ветер, идущий с правой стороны ракеты с ЦТ впереди (носовой) или позади (кормовой) ЦТ.

В стабильном случае сила возмущения ветра толкает ракету влево в точке ЦТ позади ЦТ. Помните, что ЦТ — это точка пико, поэтому все вращения будут происходить вокруг ЦТ. Это заставляет ракету немного вращаться по часовой стрелке, что немного отклоняет ее направление вертикальной скорости и, таким образом, дает ей небольшой угол атаки. К счастью, этот угол атаки также создает подъемную силу, которая действует в противоположном направлении (вправо). Таким образом, с ЦТ позади ЦТ, ракета, естественно, пытается противодействовать возмущающему ветру с подъемной силой, направленной в противоположном направлении.

В неустойчивом случае мы анализируем ту же возмущающую силу, направленную в том же направлении влево. Но теперь КП опережает (лук) ЦГ. Таким образом, когда ветер давит на эту точку, он вращает ракету против часовой стрелки (точка вращения по-прежнему является центром тяжести. Это создает угол атаки в противоположном направлении, создавая подъемную силу, которая также направлена ​​влево). поднимите в том же направлении, ничто не остановит вращение против часовой стрелки, и ракета выйдет из-под контроля.

устойчивость ракеты в полете; Почему подъемная сила меняет направление при перемещении центра давления?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v